DE1521364B2

DE1521364B2 - Alkalisches waessriges tauchverzinnungsbad fuer aluminium

Info

Publication number: DE1521364B2
Application number: DE19631521364
Authority: DE
Inventors: Peter G. Detroit; Jongkind Jan C Roseville; Mich. Kenedi (V.StA.)
Original assignee: M&T Chemicals Inc
Current assignee: M&T Chemicals Inc
Priority date: 1962-04-27
Filing date: 1963-04-16
Publication date: 1971-11-18
Also published as: GB985001A; US3274021A; DE1521364A1; SE313715B

Description

Aluminium kann durch Eintauchen in eine wäßrige Lösung eines Alkalistannats verzinnt werden. Der Temperaturbereich, in dem diese Bäder arbeiten, erstreckt sich von Raumtemperatur bis ungefähr 90⁰C. Das pH liegt typischerweise höher als 12,5. Der Zinniederschlag kann je nach den Abscheidungsbedingungen eine graue bis weiße Farbe besitzen. Die Abscheidung des Zinns aus dem Bad erfolgt gemäß der folgenden Gleichung I

3Na₂Sn(OH)₆+ 4 Al-

>3Sn + 4NaAlO₂ + 2NaOH
+ 8H₂O (I)

Bei der Abscheidung von Zinn wird also Hydroxyd frei. Es hat sich herausgestellt, daß die Niederschlagsgeschwindigkeit des Zinns mit dem Anwachsen des Alkaligehalts in unerwünscht hohem Maße steigt. Dies hat zur Folge, daß die Kontrolle der Dicke der abgeschiedenen Zinnschichten bei längerer Betriebszeit des Bades immer schwieriger wird.

Man hat bereits versucht, das Ansteigen des Hydroxydgehaltes durch Zugabe von Säuren, wie z. B. Essigsäure, auszukompensieren. Beim Einbringen von Säuren ist es jedoch praktisch unmöglich, einen lokalen Säureüberschuß zu vermeiden, der augenblicklich mit dem Alkalimetallstannat reagiert, wobei Zinnhydroxyd in Form von Schlamm ausfällt, der nur schwierig wieder in Lösung geht. Ein Zinnverlust von etwa 25% in Form von Schlamm ist nicht selten. Es können sich aber auch Zinnhydroxydteilchen auf der Oberseite von Werkstücken festsetzen, wodurch die Güte des Zinniederschlags beeinträchtigt wird.

Gemäß der Erfindung wurde nunmehr festgestellt, daß ein alkalisches, wässeriges Tauchverzinnungsbad für Aluminium gegenüber den unerwünschten Einflüssen des Anstiegs der Hydroxydkonzentration unempfindlich gemacht werden kann, wenn man in ' dieses Bad das Anion einer Polyoxycarbonsäure einarbeitet.

Aus der USA.-Patentschrift 2 947 639 ist es bekannt, in alkalische, wässerige, Natrium- oder Kaliumstannat enthaltende Tauchverzinnungsbäder für Aluminium Polyphosphate einzuarbeiten. Hierdurch soll ein späteres Abblättern des Zinnbelags verhindert werden. Versuche haben jedoch gezeigt, daß Polyphosphate die unerwünschte. Erhöhung der Abscheidungsgeschwindigkeit, die im Laufe der Zeit die Zunahme der Hydroxydkonzentrationen eintritt, nicht oder nicht in brauchbarem Ausmaße verhindern können.

Die Tauchbäder werden typischerweise dadurch hergestellt, daß man zunächst so viel Kaliumstannat und/oder Natriumstannat in Wasser auflöst, daß man ein Bad erhält, welches 15 g/l bis zur Sättigung, vorzugsweise etwa 70 g/l, davon enthält, so daß die resultierende Lösung einen Gehalt von ungefähr 30 g/l Zinn aufweist. Um eine Ausfällung von Zinnhydroxyd zu verhindern, wird beim Ansetzen der Bäder Kaliumhydroxyd und/oder Natriumhydroxyd von Anfang an zugegeben.

Der Gehalt an freiem Alkalimetallhydroxyd soll zwischen ungefähr 0,5 g/l und 12 g/l, vorzugsweise zwischen 1 g/l und 8 g/l, am besten bei 4 g/l liegen. Der Gehalt an Alkalimetallhydroxyd soll so hoch liegen, daß das Stannat in Lösung bleibt. Da aus solchen Bädern Zinnhydroxyd bei einem pH unterhalb 11,5 ausfällt, soll das pH dieser Bäder mindestens 12 betragen.

Gemäß der Erfindung wird dieser Lösung ein Anion einer Polyoxycarbonsäure beigegeben. Dieses Anion soll vorzugsweise weniger als 8 Kohlenstoffatome enthalten. Das Anion kann sich von einer Polyoxymonocarbonsäure (Gluconation, Glucoheptonation oder Glyceration) oder von einer Polyoxypolycarbonsäure (Saccharation oder Tratration) ableiten. Die bevorzugten Anionen sind Gluconate, Glucoheptonate, Glycerate und Saccharate.

Die Anionen können als Kalium- oder Natriumsalze, als Säuren oder als Lactone zugegeben werden.

ίο Das Anion der Polyoxycarbonsäure wird vorzugsweise in einer Konzentration von 0,01 bis 0,25 Mol/l und insbesondere in einer Konzentration von 0,1 Mol/l verwendet. Kleinere Mengen beeinflussen die Abscheidungsgeschwindigkeit nicht wesentlich. Größere Mengen können angewendet werden, aber es werden hierbei keine zusätzlichen Verbesserungen erreicht.

Die erfindungsgemäßen Bäder werden im allgemeinen zwischen Raumtemperatur und 90° C, vorzugsweise zwischen 40 und 80° C, am besten bei etwa 6O⁰C, verwendet. Die Eintauchzeit liegt gewöhnlich zwischen 1 bis 6 Minuten, vorzugsweise bei 4 Minuten. Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurden vier Lösungen hergestellt, von denen jede 70 g/l Kaliumstannat und 0, 4, 8 und 12 g/l Kaliumhydroxyd enthielten. Die Lösungen wurden auf eine Temperatur von 60° C gebracht. In jede dieser Lösungen wurde eine von vier identischen Scheiben aus einer für Kolben geeigneten Aluminiumlegierung genau 4 Minuten lang eingetaucht. Während dieser Zeit wurde ein Zinnbelag auf den Scheiben abgeschieden.

Die Scheiben wurden aus der Lösung genommen, getrocknet und gewogen. Hierauf wurde der Zinniederschlag von den Scheiben durch Eintauchen in eine Mischung von 3 Teilen Wasser und 1 Teil konzentrierter Salpetersäure abgelöst und die Scheiben wieder gewogen. Aus dem Gewichtsverlust wurde die Dicke des Belages errechnet.

Dann wurden zu jeder Lösung 8 g/l Natriumgluconat gegeben, der Tauchverzinnungsprozeß wurde wiederholt, und die Dicke des Belages wurde wie vorher bestimmt. Es wurden in Abständen nach und nach neue Portionen Natriumgluconat zugegeben, bis jede der vier Lösungen 39 g/l Natriumgluconat enthielt. Nach jeder Zugabe wurde die Dicke des Überzuges durch Ablösen bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

	Tabelle 1	K OH-Konzentration	8 g/l	5,20	12 g/l
		4 g/l	(Zinnstärke in μ)	4,10
55 Na-GIuconat g/l	Og/]	2,66	3,20	6,05
		2,54	2,74	4,80
0	2,30	2,39	2,87	4,19
60 ⁸	2,52	2,29		3,05
16	2,69	2,90		2,97
24	2,49
39	2,06

Aus dieser Tabelle ist zu ersehen, daß die Dicke des Zinniederschlages aus den Bädern, welche nur Stannate und Alkalihydroxyd und keine Gluconate enthielten, in starkem Maße mit dem Gehalt an freiem

Alkali varriiert. Es ist ersichtlich, daß der Zinniederschlag beinahe dreimal so schnell ansteigt als der Kaliumhydroxydgehalt. In Bädern, die Natriumgluconat enthalten, ist die Dicke des Belags weit weniger vom Gehalt an freiem KOH abhängig und bleibt im wesentlichen über einen großen Bereich des Kaliumhydroxydgehalts konstant. Die Niederschläge aus den Bädern, die Gluconat enthielten, hatten ein besseres Aussehen mit weniger Streifen als die Niederschläge aus den Bädern ohne Gluconat, besonders bei dem hohen Basengehalt von 8 und 12 g/l.

Beispiel 2

Weitere Versuchsreihen wurden in einer ähnlichen Weise ausgeführt jedoch mit anderen Anionen von Polyoxycarbonsäuren. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgezeigt.

Tabelle

Zusatz

	1,5 g/l	2 g/l	K OH-Konzentration	6 g/l	2,66	—	8 g/l	μ)	5,20	9 g/l
g/l '			• 4 g/I	(Zinnstärke in	2,62	—	— ■
	—	2,34	2,54	—	—	5,25
.—	—	1,88	3,63	—	4,57	—
24	—	2,12'	2,21	—	3,94	—
39	—·	2,87	3,57	—	4,95	—
39	—	—	2,54	— ■	—	—
11,6	—	2,12	2,90	—	5,05	—
8	—	2,38	—	3,48	—	—
39	. —	2,69		—
39	1,93	—	5,40
40

12 g/l

Ohne

Na-Glucoheptohat
Na-Glucoheptonat

K-Na-Tartrat

K-Saccharat......

Na-Glycerat;

Na-Lactat

K-Citrat

Na-Äcetat

6,06
3,70
2,79
5,35
2,62
5,12
6,06
6,36

Aus Tabelle 2 kann ersehen werden, daß beim Ansteigen des Kaliumhydroxydgehaltes von 2 auf 12 .g/l die Dicke des Zinnbelages auf Aluminium unerwünschterweise von 2,34 auf 6,06 μ ansteigt, was einen Faktor von 2,6 bedeutet, wenn die Erfindung nicht angewendet wird. Bei Verwendung von Natriumglucoheponat kann man dieses unerwünschte Anwachsen der Dicke von beispielsweise 6,06 auf 2,79 μ herabsetzen, was nur einen Faktor von 1,3 bedeutet. Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, daß die Lactate, Citrate und Acetate (die nicht innerhalb des Bereiches der Erfindung liegen) keine besseren, sondern teilweise sogar schlechtere Resultate ergeben.

Claims

Patentansprüche:

1. Alkalisches, wässeriges, Natrium- oder KaIiumstannat enthaltendes Tauchverzinnungsbad für Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Anion einer Polyoxycarbonsäure enthält.

2. Bad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anion aus Gluconat, Glucoheptonat, Saccharat oder Glycerat besteht.

3. Bad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anion in einer Menge von 0,01 bis 0,25 Mol/l vorliegt.